Linux 內(nèi)存管理的水位控制
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分區(qū)頁(yè)框分配器之水位
在講分區(qū)頁(yè)框分配器分配內(nèi)存的時(shí)候，進(jìn)入伙伴算法前用函數(shù)zone_watermark_fast()，來根據(jù)水位來判斷當(dāng)前內(nèi)存情況。內(nèi)存夠的話采用伙伴算法分配，不夠的話通過 node_reclaim 回收內(nèi)存。
水位的初始化
先看下水位的初始化：
- int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
- {
- unsigned long lowmem_kbytes;
- int new_min_free_kbytes;
- lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10); ------ (1)
- new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
- if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
- min_free_kbytes = new_min_free_kbytes; ------ (2)
- if (min_free_kbytes < 128)
- min_free_kbytes = 128;
- if (min_free_kbytes > 65536)
- min_free_kbytes = 65536;
- } else {
- pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
- new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
- }
- setup_per_zone_wmarks(); ------ (3)
- refresh_zone_stat_thresholds();
- setup_per_zone_lowmem_reserve(); ------ (4)
- #ifdef CONFIG_NUMA
- setup_min_unmapped_ratio();
- setup_min_slab_ratio();
- #endif
- return 0;
- }
- core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
(1). nr_free_buffer_pages 是獲取ZONE_DMA和ZONE_NORMAL區(qū)中高于high水位的總頁(yè)數(shù)nr_free_buffer_pages = managed_pages - high_pages
(2). min_free_kbytes 是總的min大小，min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes)
(3). setup_per_zone_wmarks 根據(jù)總的min值，再加上各個(gè)zone在總內(nèi)存中的占比，然后通過do_div就計(jì)算出他們各自的min值，進(jìn)而計(jì)算出各個(gè)zone的水位大小。min,low,high的關(guān)系：low = min *125%，high = min * 150%。min，low，high之間的比例關(guān)系與 watermark_scale_factor 相關(guān)?？梢酝ㄟ^ /proc/sys/vm/watermark_scale_factor 設(shè)置
(4). setup_per_zone_lowmem_reserve 設(shè)置每個(gè)zone的lowmem_reserve大小。lowmem_reserve值可以通過 /proc/sys/vm/lowmem_reserve_ratio 來修改。
為什么需要設(shè)置每個(gè)zone的保留內(nèi)存呢，lowmem_reserve的作用是什么?
我們知道內(nèi)核在分配內(nèi)存時(shí)，會(huì)按照 HIGHMEM->NORMAL->DMA 的方向進(jìn)行遍歷，如果當(dāng)前Zone分配失敗，就會(huì)嘗試下一個(gè)低級(jí)的Zone。我們可以想像應(yīng)用進(jìn)程通過內(nèi)存映射申請(qǐng) HIGHMEM，如果此時(shí)HIGHMEM Zone無法滿足分配，則會(huì)嘗試從 NORMAL 進(jìn)行分配。這就有一個(gè)問題，來自 HIGHMEM Zone 的請(qǐng)求可能會(huì)耗盡 NORMAL Zone 的內(nèi)存，最終的結(jié)果就是 NORMAL Zone 無內(nèi)存提供給內(nèi)核的正常分配。
因此針對(duì)這個(gè)場(chǎng)景，可以通過保留內(nèi)存 lowmem_reserve[NORMAL] 給 NORMAL Zone 自己使用。
同樣當(dāng)從NORMAL Zone失敗后，會(huì)嘗試從zonelist中的DMA Zone申請(qǐng)，通過lowmem_reserve[DMA]，限制來自HIGHMEM和NORMAL的分配請(qǐng)求。
- $ cat /proc/sys/vm/lowmem_reserve_ratio
- 256 32
- $ cat /proc/zoneinfo
- Node 0, zone DMA32
- ......
- pages free 361678
- min 674
- low 2874
- high 3314
- spanned 523776
- present 496128
- managed 440432
- protection: (0, 3998, 3998)
- ......
- Node 0, zone Normal
- pages free 706981
- min 1568
- low 6681
- high 7704
- spanned 8912896
- present 1048576
- managed 1023570
- protection: (0, 0, 0)
- ......
- Node 0, zone Movable
- pages free 0
- min 0
- low 0
- high 0
- spanned 0
- present 0
- managed 0
- protection: (0, 0, 0)
- spanned：表示當(dāng)前zone所包含的所有的pages
- present：表示當(dāng)前zone在去掉第一階段kernel reserve的內(nèi)存之后剩下的pages
- managed：表示當(dāng)前zone去掉初始化完成以后所有的kernel reserve的內(nèi)存剩下的pages
結(jié)合上面arm64平臺(tái)的數(shù)值舉個(gè)例子，假設(shè)這2個(gè)Zones分別包含440432, 1023570個(gè)pages(實(shí)際是/proc/zoneinfo里字段managed的值)。如下圖所示，使用每個(gè)區(qū)域的 managed pages 和 lowmem_reserve_ratio 計(jì)算每個(gè)區(qū)域的lowmem_reserve值，可以看出結(jié)果和protection值一樣。
水位的判斷
從這張圖可以看出：
- 如果空閑頁(yè)數(shù)目min值，則該zone非常缺頁(yè)，頁(yè)面回收壓力很大，應(yīng)用程序?qū)憙?nèi)存操作就會(huì)被阻塞，直接在應(yīng)用程序的進(jìn)程上下文中進(jìn)行回收，即direct reclaim。
- 如果空閑頁(yè)數(shù)目小于low值，kswapd線程將被喚醒。默認(rèn)情況下，low值為min值的125%，可以通過修改watermark_scale_factor來改變比例值
- 如果空閑頁(yè)面的值大于high值，kswapd線程將睡眠。默認(rèn)情況下，high值為min值的150%，可以通過修改watermark_scale_factor來改變比例值
